不同濃度ALA對(duì)紅豆杉幼苗光合特性的影響

張玉豪，姚素梅，2*，孟 麗，鄧 哲

（1．河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2．河南科技學(xué)院新科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

紅豆杉是紅豆杉屬植物的通稱，為我國(guó)一級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物。紅豆杉具有很好的藥用價(jià)值，其主要成分紫杉醇能夠抑制腫瘤細(xì)胞的繁殖和遷移，對(duì)多種晚期癌癥具有顯著的療效［1］。另外，紫杉醇對(duì)糖尿病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等多種疾病也有著一定的治療效果［1-2］。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的研究和應(yīng)用在作物栽培學(xué)上具有十分重要的意義，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)［3-4］。5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinicacid，簡(jiǎn)稱ALA）是四氫吡咯的前綴化合物，對(duì)生物體合成葉綠素起著決定性作用［5］。ALA可以顯著提升植株的著色、增加凈光合速率、提高產(chǎn)量并改善果實(shí)的外觀品質(zhì)和食用品質(zhì)［6-9］，噴施適宜適量濃度的ALA還能明顯提高植物的抗冷性和耐鹽性［10-11］，因此ALA被人們稱為新型的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑［12］。

紅豆杉具有很好的藥用價(jià)值和保健作用，但紅豆杉對(duì)其生長(zhǎng)的環(huán)境條件要求高，野生紅豆杉天然分布區(qū)較狹窄，天然種群資源十分有限，開展紅豆杉馴化栽培技術(shù)研究是解決保護(hù)、恢復(fù)及利用該種群的關(guān)鍵途徑。合理施肥可以促進(jìn)紅豆杉生長(zhǎng)，提高紫杉醇含量［13］。研究發(fā)現(xiàn)，施用ALA促進(jìn)了植物生長(zhǎng)發(fā)育，提高了品質(zhì)［14-17］，但該類研究大多集中在農(nóng)作物和園藝作物上，尚未見(jiàn)將ALA應(yīng)用于紅豆杉的相關(guān)報(bào)道。本試驗(yàn)通過(guò)向紅豆杉幼苗噴施不同濃度的ALA來(lái)探究其對(duì)紅豆杉幼苗光合特性和生長(zhǎng)狀況的影響，開展南太行野生紅豆杉種苗馴化栽培技術(shù)研究，為保護(hù)南太行野生紅豆杉種質(zhì)資源，擴(kuò)大種群規(guī)模，提供理論依據(jù)和實(shí)施參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016～2018年在河南科技學(xué)院藥用植物栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室在室外建造大棚栽培紅豆杉幼苗，大棚用遮陽(yáng)網(wǎng)做遮陰處理，并定期噴水，創(chuàng)造紅豆杉適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。試驗(yàn)配制了適合紅豆杉生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，其中紅豆杉幼苗盆栽所用土的成分是稻殼∶土∶雞糞=3∶3∶1。試驗(yàn)選取生長(zhǎng)狀況相同且良好的紅豆杉幼苗盆栽25盆并將其分成5組，每5盆一組，向其中4組紅豆杉幼苗分別噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，另一組噴施等量的清水做對(duì)照處理，每3 d噴施1次，連續(xù)噴施2次。待生長(zhǎng)一定時(shí)間后測(cè)量紅豆杉幼苗各生長(zhǎng)指標(biāo)和光合特性。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 光合參數(shù)測(cè)定

選擇晴朗天氣，在測(cè)定日的9：00～11：00采用Licor-6400型便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Gs），胞間二氧化碳濃度（Ci），蒸騰速率（Tr）等光合參數(shù)，由于紅豆杉是喜陰作物并且葉片較窄，氣孔導(dǎo)度偏低，用標(biāo)準(zhǔn)葉室測(cè)量誤差較大，因此本試驗(yàn)采用紅藍(lán)光源葉室進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，將樣品室CO2濃度設(shè)置為400 μmol/mol，光合有效輻射（PAR）強(qiáng)度設(shè)置為1 100 μmol/（m2·s），以這種略高的強(qiáng)度的光刺激紅豆杉幼苗葉片氣孔導(dǎo)度的增大，有利于光合參數(shù)更準(zhǔn)確的測(cè)定。由于紅豆杉葉片很窄且小，夾取葉片時(shí)同時(shí)夾取4片葉片，4片葉片并齊平行并與樣品室垂直且葉片不能重疊。等Licor-6400型便攜式光合測(cè)定儀上a行各參數(shù)穩(wěn)定，b行ΔCO2值波動(dòng)幅度＜0.5μ mol/mol，Pn值穩(wěn)定到小數(shù)點(diǎn)后一位，且不再向一個(gè)方向變化，c行參數(shù)在正常參數(shù)范圍，即 0＜Gs＜1，Ci＞0，Tr＞0，此時(shí)記錄數(shù)據(jù)。

1.2.2 光響應(yīng)曲線測(cè)定

采用Li-6400型便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定凈光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Gs），胞間二氧化碳濃度（Ci），蒸騰速率（Tr）等光合參數(shù)。使用LED紅藍(lán)光源葉室測(cè)定不同光照強(qiáng)度下紅豆杉幼苗凈光合速率的大小。夾取葉片時(shí)同樣是夾取4片葉片，4片葉片并齊平行并與樣品室垂直且葉片不能重疊，將PAR從高到低設(shè)定為1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、100、80、40，和 0 μmol/（m2·s） 共 11 個(gè)強(qiáng)度，CO2濃度設(shè)定為400 μmol/mol。在晴好天氣條件下，使用開放氣路于9:00～11:00進(jìn)行光響應(yīng)曲線的測(cè)定。

采用Michaelis-Menten方程（式1）對(duì)光響應(yīng)曲線進(jìn)行模擬：

式中，PAR為光合有效輻射，α為表征光合作用最大光能轉(zhuǎn)化率的表觀初始量子效率，Pmax為潛在最大光合速率，Rd 為暗呼吸。用葉子飄的光合計(jì)算2.5模擬軟件擬合得到光響應(yīng)曲線光合特征參數(shù)α、Pmax、Rd、LSP、LCP。

1.2.3 生長(zhǎng)狀況的測(cè)量

紅豆杉幼苗噴施不同濃度ALA一段時(shí)間后，待不同處理的紅豆杉幼苗在生長(zhǎng)狀況上出現(xiàn)明顯差異后測(cè)量其株高、地莖、冠幅、葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)狀況并做記錄。

苗高的測(cè)量：從地面為始到植株頂端的距離，記為 h（cm）。

地徑的測(cè)量：在距離地面高度10 cm處測(cè)得植株株干直徑，記為r（mm）。

冠幅的測(cè)量：分別測(cè)量植株南北與東西的寬度，取其平均值，記為P（cm）。

葉面積指數(shù)（LAI）的測(cè)量：采用LAI2200冠層分析儀測(cè)量。以組為單位測(cè)量紅豆杉幼苗的冠層，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)為ABBBBB，記錄LAI值。

1.3 資料分析方法

利用Excel 2013軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，并采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件包中的ANOVA過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片光合參數(shù)的影響

2.1.1 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片凈光合速率的影響

紅豆杉的光合速率是紅豆杉能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要因素，由圖1可知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對(duì)照相比紅豆杉幼苗的凈光合速率均有提升，經(jīng)方差分析得知各不同濃度處理之間的凈光合速率具有顯著性差異，由此可知：在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率的提升最為顯著。

圖1 不同ALA濃度對(duì)紅豆杉幼苗葉片光合速率的影響

2.1.2 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔導(dǎo)度直接影響著光合速率，氣孔導(dǎo)度增大有利于植物葉片進(jìn)行氣體交換從而促進(jìn)光合速率的增大。由圖2可知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對(duì)照相比紅豆杉幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度均增大，且經(jīng)方差分析得出除噴施10、60 mg/L濃度的紅豆杉幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度之間沒(méi)有顯著性差異之外，其余各組之間均有顯著性差異，且噴施20 mg/L ALA的紅豆杉幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度最大。由此可知，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度的增大最為顯著。

圖2 不同ALA濃度對(duì)紅豆杉幼苗葉片氣孔導(dǎo)度的影響

2.1.3 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片胞間CO2濃度的影響

CO2是光合作用的反應(yīng)底物，胞間CO2濃度對(duì)植物光合作用的生理生化過(guò)程起著決定性作用。由圖3得知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對(duì)照相比紅豆杉幼苗葉片的胞間CO2濃度沒(méi)有顯著性差異。

圖3 不同ALA濃度對(duì)紅豆杉幼苗葉片胞間CO2濃度的影響

2.1.4 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片蒸騰速率的影響

植物蒸騰速率的大小能夠反映出光合速率的大小，由圖4可知：向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對(duì)照相比紅豆杉幼苗葉片的蒸騰速率均有明顯增大，經(jīng)方差分析得知除了20和40 mg/L濃度的ALA處理之間沒(méi)有顯著性差異之外，其余各組處理之間均有顯著性差異。由此得知：在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片蒸騰速率的增大最為顯著。

圖4 不同ALA濃度對(duì)紅豆杉幼苗葉片蒸騰速率的影響

2.2 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片光響應(yīng)曲線的影響

從圖5可以看出，5種處理的紅豆杉幼苗的光響應(yīng)曲線趨勢(shì)基本一致，且5種處理的Pn在PAR＜400μ mol（/m2·s）時(shí)隨PAR的增大快速增加，隨后增速明顯放慢，之后趨于穩(wěn)定。其中20 mg/L處理的紅豆杉幼苗的Pn值最大，噴施清水的紅豆杉幼苗的Pn值最小。由表1得知，噴施20 mg/L濃度ALA的紅豆杉幼苗Pmax最大，其光飽和點(diǎn)（LSP）表觀量子效率（AQE）也最高，光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）和暗呼吸速率（Rd）相對(duì)較低，表明噴施20 mg/L濃度ALA使紅豆杉幼苗對(duì)光強(qiáng)的利用范圍變廣，光能利用效率變高，呼吸消耗減少。其余處理之間與對(duì)照相比Pmax也有增加，但增加不大。

圖5 噴施不同濃度的ALA的紅豆杉幼苗葉片的光響應(yīng)擬合曲線

表1 不同濃度處理下紅豆杉幼苗的光響應(yīng)曲線擬合參數(shù)

因此得知：在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L濃度ALA對(duì)紅豆杉幼苗葉片光響應(yīng)曲線擬合參數(shù)的提升最為顯著。

2.3 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)狀況的影響

ALA作為一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，其影響植物的光合作用最終會(huì)體現(xiàn)在植物的生長(zhǎng)狀況上。由表2可知：向紅豆杉幼苗噴施20 mg/L濃度的ALA最能提高紅豆杉幼苗的株高、冠幅和葉面積指數(shù)，但地徑差異不顯著，原因可能是紅豆杉幼苗生長(zhǎng)緩慢，試驗(yàn)處理時(shí)間短，地徑變化還不太明顯。但從整體來(lái)說(shuō)，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，向紅豆杉幼苗噴施20 mg/L濃度的ALA可以促進(jìn)紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

表2 噴施不同濃度的ALA對(duì)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)狀況的影響

3 討論

通過(guò)本次試驗(yàn)可以看出，不同濃度的ALA能夠顯著影響紅豆杉幼苗的光合特性和生長(zhǎng)發(fā)育。噴施適宜適量的ALA能夠顯著提高紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，從而改善紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)狀況。

由試驗(yàn)研究可知，向紅豆杉幼苗葉片噴施適宜適量濃度的ALA能夠增大紅豆杉幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度，從而促進(jìn)了葉片的氣體交換速率和蒸騰速率，最終導(dǎo)致葉片光合速率的增大。光響應(yīng)曲線對(duì)認(rèn)識(shí)植物光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的光化學(xué)效率具有重大的意義，Pmax能夠直接反應(yīng)植物的光合能力，Lsp和Lcp的高低能夠反映植物對(duì)光照強(qiáng)度的利用范圍［18］；AQE是植物吸收，轉(zhuǎn)換和利用光能能力的指標(biāo)，該值越高表明植物利用光能的能力越強(qiáng)。向紅豆杉幼苗葉片噴施適宜適量濃度的ALA增大了紅豆杉幼苗的Pmax、Lsp、AQE，降低了紅豆杉幼苗葉片的Lsp和Rd，說(shuō)明噴施適宜適量濃度的ALA能夠增大紅豆杉幼苗葉片吸收、轉(zhuǎn)換和利用光能的能力及對(duì)光照強(qiáng)度的利用范圍，從而增大了紅豆杉幼苗葉片的光合能力。其中，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L的ALA對(duì)紅豆杉葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）的提升和光響應(yīng)曲線擬合參數(shù)的影響最為明顯，效果最好。

光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物的積累最終會(huì)體現(xiàn)在植株的生長(zhǎng)狀況上［19］，植物葉片的凈光合速率與植物的生長(zhǎng)發(fā)育呈正相關(guān)。在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L ALA處理對(duì)紅豆杉幼苗葉片凈光合速率提高的幅度最大，從而促進(jìn)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)的效果最顯著。

4 結(jié)論

向紅豆杉幼苗噴施10、20、40、60 mg/L的ALA，與對(duì)照相比，這些處理均提升了紅豆杉幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，從而改善了植株的生長(zhǎng)狀況，影響了紅豆杉幼苗葉片的光響應(yīng)曲線擬合參數(shù)，但對(duì)葉片胞間二氧化碳濃度的影響不太顯著。結(jié)果顯示：在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，噴施20 mg/L的ALA對(duì)紅豆杉幼苗凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及生長(zhǎng)狀況的提升效果最為顯著；對(duì)紅豆杉幼苗的光合特征參數(shù)的影響也最為顯著，在20 mg/L濃度處理下的紅豆杉幼苗葉片的最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)和表觀量子效率得到顯著提高，同時(shí)光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率有所降低，從而促進(jìn)了紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)。因此，在紅豆杉幼苗的馴化栽培中，可以向紅豆杉幼苗噴施20 mg/L濃度的ALA來(lái)提高紅豆杉幼苗葉片的光合能力，改善植株的生長(zhǎng)狀況。